ファイルコインの特徴: 分散ランダム性とリーダー選出

これは、Filecoin ネットワークのユニークな機能を紹介するシリーズの最新版です。 Filecoin は、実稼働中の drand ネットワークの最初の既知のユーザーになります。この投稿では、drand とは何か、どのように機能するかについて詳しく説明します。

今月、組織向けの基本的なインターネット サービスとして、公的に検証可能で偏りのない乱数ソースを提供することに専念する組織の連合が、Filecoin のオフチェーン乱数ソースとして使用される実稼働グレードのサービスにアップグレードします。将来的には、Drand は多くのブロックチェーン システムやアプリケーションに信頼性が高く偏りのないランダム性のソースを提供できるようになります。この投稿では、drand の歴史と価値、そしてそれがインターネットの将来にとって何を意味するのかを探ります。

ランダム システムは、均一な確率分布を持ち、互いにランダムに独立した結果を生成します。私たちは、サイコロを振ったりコインを投げたりするたびにランダム性に遭遇します。公平なコインを投げると、表と裏が出る確率は等しいか均一です (均一分布)。また、過去の結果に基づいて、単一のコイン投げの結果を予測することはできません (ランダム独立性)。

ただし、ランダム性は、コイン投げやサイコロの出目の統計を決定する以外にも使用できます。実際、私たちは暗号化やサイバーセキュリティから選挙監査やオンラインギャンブルまで、あらゆることにランダム性に依存しています。

ランダム性により、特定のデジタルプロセスが操作されにくくなるためです。一例を挙げると、暗号的に安全なシステムは、使用する暗号鍵が信じ難いものである限り、詐欺やハッキングに対して耐性がありません。さらに、キーを生成するために使用されるソース値が適切にランダムである場合にのみ、キーを推測することは困難です。言い換えれば、安全な暗号化の基礎はランダム性です。

ただし、すべてのランダム性が同じように生成されるわけではありません。たとえば、1 から 10 までのランダムな整数を生成する場合、それを正しく推測できる確率は 10 分の 1 になります。ただし、乱数ジェネレーターが偏りやパターンを示す場合、整数を正しく推測できる可能性は 10 分の 1 よりも高くなる可能性があります。言い換えれば、重要な問題は「予測可能な」ジェネレータを使用することです。予測可能なランダム性により、再び詐欺やハッキングの扉が開かれます。ランダム性以上のものが必要です。適切なランダム性が必要です。良いランダム性はあなたが思っているよりも難しいです。

ランダム性の質は、その予測不可能性、つまり「エントロピー」と呼ばれるランダム性のタイプによって測定されます。コンピュータは決定論的なシステムであるため、コンピュータ アルゴリズムを使用して真の高エントロピーのランダム性を作成することはアルゴリズム的に不可能です。ただし、物理的なランダム性が単一のソースから生成された場合でも、簡単に偏りが生じる可能性があります。ランダム性の源を制御、操作、またはその他の方法で影響を与えることができれば、最近注目を集めた宝くじ詐欺の事件が明確に実証したように、一見ランダムな結果を自分に有利に偏らせることができます。選挙監査や暗号化など、ランダム性が使用される多くのケースでは、ランダム性が公的に検証可能であることも必要です。ランダム性ジェネレーターの良し悪しは、ユーザーに伝える方法によって決まります。受信した電話番号が実際にランダムであることを確認できない場合、システムが攻撃され、操作される可能性があります。

エントロピーが高く、バイアス耐性があり、公的に検証可能な優れたランダム性を見つけるのは困難です。長年にわたり、このような大規模なランダム性を生成できるサービスは存在しませんでした。しかし、その課題を解決できる新しいプロジェクトが登場しました。これは drand (分散ランダム性の略) と呼ばれ、Filecoin がランダム性のソースとして使用するものです。

Drand はランダムネス ビーコンと呼ばれるもので、第三者が使用できるように公開アクセス可能なランダム性を提供するサービスです。ランダムネス ビーコンは以前から存在していましたが、 drand は、独立して実行されるサーバーのネットワークからの貢献を組み合わせてランダ​​ム性を生成するという点で独特です。つまり、drand は分散ネットワークの強度、セキュリティ、回復力をランダム性生成プロセスに組み込んでいます。多くの点で、drand は業界初のランダムネス・アズ・ア・サービスとなります。

Drand のオープンソース ソフトウェアは、Protocol Organization、C4DT、ChainSafe、cLabs、Cloudflare、Emerald Onion、EPFL DEDIS、Ethereum Foundation、IC3、Kudelski Security、PTisp、チリ大学、Tierion、UCL で構成されるグローバル アライアンス (Entropy Alliance) 上で実行されています。 drand ネットワークは複数のサーバー ノードに分散されているため、中央の障害点が存在せず、つまり、単一の内部者または単一のネットワーク パートナーの侵害によって drand が偏向したり停止したりすることはありません。また、オープンソース プロジェクトである drand は、ユーザーから直接サポートされており、プロトコルがコミュニティのニーズに適応する活気に満ちた進化するプロジェクトであり続けることを保証します。

drand の主な機能は、誰でも使用できる公開されたランダム性を生成することです。この機能を確実に実行するために、drand ネットワーク内のすべてのノードが連携して、一定の間隔 (「ラウンド」と呼ばれる) でランダム性を生成します。ランダム性生成の各ラウンドで、drand はランダム性に予測不可能性、偏りのなさ、検証可能性という 3 つの異なる特性を提供します。

これは、乱数生成の各ラウンドで次のようになることを意味します。

（１）乱数生成プロセスに関与するいかなる当事者も乱数を予測することができない。

（２）均一にランダム化され、偏りがない。

（３）単一の署名を検証することで、真にランダムであることが検証できる。

Drand は、現在利用可能な最も信頼性が高く、エントロピーの高い公開ランダム性を提供します。これが、Filecoin ネットワークで drand によって生成されたランダム性を使用する理由です。

多くの暗号通貨やブロックチェーン ベースのネットワークでは、安全かつ効率的に動作するために、適切なランダム性が必要です。 Filecoinも例外ではありません。 Filecoin は、Filecoin ブロックチェーンの正しい履歴について、すべてのクライアント間で「活発さ」またはコンセンサスを維持するために、適切なランダム値に依存しています。これは、 Filecoin がランダム性を利用してリーダー選挙を実行し、どのマイナーがブロックチェーンに新しいブロックを公開するかを決定するためです。

リーダー選挙によって、Filecoin ブロックチェーンは成長します。 Filecoin ブロックチェーンのブロックはエポックに配置されており、各エポックには選出される可能性のあるリーダーが複数存在します。リーダー選挙では、Filecoin ネットワークに貢献したストレージ パワーによって重み付けされたマイナーのセットから、少なくとも 1 人のマイナーが選出されます。選出されたマイナーは、ブロックチェーン上で次のブロックを生成し、そのブロックの報酬を受け取ることで、新しいエポックを開始するために選ばれます。

リーダー選挙は Filecoin ブロックチェーンの履歴を記録するため、リーダーを選出するプロセスが改ざん不可能で、公平で、予測不可能で、公平であることが重要です。この選挙が公正かつ公平であることを保証するには、Filecoin に適切なランダム性が必要です。同時に、Filecoin が使用するランダム性は公的に検証可能である必要があります。選出されたリーダーは、自分が実際に選出されたことを他のマイナーに証明する方法が必要だからです。

Drand は、Filecoin がリーダー選挙の公平性とセキュリティを保証するために必要とする、高エントロピーで偏りのない、公的に検証可能なランダム値を正確に提供します。その独自の機能により、Filecoin のリーダー選出は drand と同様にフォールト トレラントであり、偏見や敵対的な操作の影響を受けません。 drand をランダム値のソースとして使用することで、Filecoin ネットワークはアクティビティを保証できます。

Drand は急速に発展しているプロジェクトであり、成長の余地が十分にあります。 drand が発展するにつれて、増大する業界の需要に対応し、暗号化や量子コンピューティングの進歩などの新しいテクノロジーに適応するために、ネットワークが新しい方法で拡張されるようになるかもしれません。しかし、drand はすでに、Filecoin ネットワークを含む多くのデジタル プロジェクトに重要な貢献をすることができる最先端のサービスです。

drand について詳しく知るには、8 月 13 日木曜日に Protocol Labs と ETHGlobal が主催する Randomness Summit にご参加ください。 RandomnessSummit は、分散システムと重要なインフラストラクチャの愛好家がランダムネス ビーコンの研究と展開の現状について議論する 1 日間の仮想会議です。完全なスケジュールはここからご覧いただけます。